بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
نانو حفره های اکسید آلومینیوم 1
اسلاید 2 :
نانوساختارها
نانوساختارهای متخلخل
اسلاید 3 :
ساختار کلی آلومینای آندی متخلخل
تشکیل فیلم نازک اکسید سدی آلومینیوم، تنها مربوط به فرآیند آندایز نبوده و حتی در یک فرآیند اکسایش ساده نیز حاصل میشود.
آنچه که توجه بسیاری را به خود جلب کرده است، ماهیت ویژهی لایهی متخلخل اکسید آلومینیوم میباشد که تحت شرایط خاصی تشکیل شده و کاربردهای فراوانی در فناوری نانو دارد.
اسلاید 4 :
ساختار لایهی آلومینای آندی متخلخل خود نظم یافته، که تحت آندایز آلومینیوم تشکیل شده است، به شکل آرایهای از سلولهای شش وجهی میباشد که به صورت تنگ پکیده در کنار هم قرار گرفتهاند، که هر حفره در مرکز یک سلول قرار گرفته است.
رشد لایهی اکسیدی، در مرز اکسید و فلز، در انتهای حفرهها اتفاق میافتد.
ابتدا لایهای را که به طور طبیعی روی سطح بوجود آمده و از قبل وجود داشته را به لایهی سدی و سپس آن را به لایهی اکسید متخلخل تبدیل میکند.
در حین فرآیند شکلگیری اکسید متخلخل، یک لایهی سدی نازک و فشرده، در سطح مشترک الکترولیت و ته حفره، به طور پیوسته توسط افزایش محلی میدان الکتریکی، حل شده و یک لایهی سدی جدید در سطح مشترک اکسید و فلز شکل میگیرد.
ساختار کلی آلومینای آندی متخلخل
اسلاید 5 :
در حالت پایای رشد لایه، یک تعادل دینامیکی بین سرعت رشد لایه و سرعت حل شدن به کمک میدان، به وجود میآید.
ساختار کلی آلومینای آندی متخلخل
همهی پارامترهای اصلی لایهی اکسید متخلخل آندی، به طور مستقیم، به شکل گیری لایه در حالت پایا بستگی دارند.
در حین رشد لایهی اکسید در حالت پایا، چگالی جریان آندایز، تحت پتانسیل ثابت (و یا پتانسیل آندایز تحت چگالی جریان ثابت)، تقریباً بدون تغییر باقی میماند.
قسمت استوانهای شکل که در مقطع حفرهها ظاهر میشود، نتیجهی رشد در حالت پایا میباشد.
اسلاید 6 :
مکانیزم رشد لایهی اکسید متخلخل در حضور میدان
ساختار آلومینای متخلخل، از لایهی سدی که در ابتدای آندایز روی سطح آلومینیوم تشکیل میشود، شروع شده و گسترش پیدا میکند.
رشد لایهی سدی ناشی از هدایت یونی میدان قوی، رخ میدهد.
این امر در حضور میدانی با قدرت ثابت اتفاق میافتد؛ بزرگی میدان الکتریکی به صورت نسبت افت پتانسیل در طول لایهی سدی به ضخامت لایهی سدی تعریف میشود.
لایهی اکسید سدی، به صورت یکنواخت، با توزیع یکنواخت جریان، کنترل شده با میدان ثابت روی همهجای سطح گسترش مییابد.
رشد یکنواخت، نوعی هموارسازی سطح ناصاف اولیهی آلومینیوم را نتیجه میدهد.
اسلاید 7 :
اثر تغییرات موضعی در قدرت میدان، روی سطح به صورت نقصها، ناخالصیها یا ویژگیهایی از قبیل ریزمرزدانهها، برآمدگیها و گلوگاهها میتواند ظاهر شود.
این توزیع غیر یکنواخت جریان، منجر به افزایش انحلال میدانی لایهی اکسید و ضخیم شدن موضعی لایهی متخلخل میگردد.
به طور همزمان، انحلال میدانی لایهی اکسید، تمایل دارد که مرز مشترک اکسید و فلز را مسطح نماید.
گرمای موضعی یاد شده، در انتهای حفرهها، سبب افزایش انحلال میدانی اکسید شده و به این ترتیب افزایش موضعی چگالی جریان را به دنبال دارد.
مکانیزم رشد لایهی اکسید متخلخل در حضور میدان
اسلاید 8 :
لایهی اکسیدی که روی برآمدگیها (روی نقاط معیوب سطح) تشکیل شده است، مستعد ایجاد یک فشار موضعی بالاست.
در نتیجهی این امر ترکهای پی در پی در لایهی اکسید به وجود میآید.
در چگالی جریان موضعی بالا، این ترکها به طور ناگهانی بهبود پیدا میکنند.
مکانیزم رشد لایهی اکسید متخلخل در حضور میدان
اسلاید 9 :
با مصرف آلومینیوم به عنوان زیر لایه و افزایش دیوارههای لایهی اکسیدی تشکیل شده در بالای نواحی معیوب، رخدادهای ترک–التیام، بسیار دیده میشود.
این امر باعث ریزش بخشی از دیواره، جهت افزایش انحنای کروی شکل حفرهها در سطح مشترک فلز و اکسید میگردد.
مکانیزم رشد لایهی اکسید متخلخل در حضور میدان
اسلاید 10 :
مکانیزم رشد لایهی اکسید متخلخل در حضور میدان
رشد ترجیحی اکسید، بالای نواحی معیوب و ضخیم شدن لایهی سدی به طور پیوسته، تا زمانی که جریان در ناحیهی نازکتر فیلم، در انتهای حفرهی بعدی متمرکز شود، ادامه مییابد.
از طرف دیگر، افزایش انحنای حفره، چگالی جریان مؤثر در لایهی سدی را کاهش میدهد.
در نتیجه، به منظور حفظ یک میدان یکنواخت، رشد دیگر حفرهها، از حفرههای اولیه شروع میشود.
وقتی انحنای لایهی اکسید در سطح مشترک فلز و اکسید به اندازهی کافی افزایش مییابد و تقاطع مناطق نیم کروی رخ میدهد، شرایط حالت پایدار رشد حفره فرا میرسد.
برای رشد لایهی آلومینای متخلخل در حالت پایا، یک تعادل دینامیکی بین رشد اکسید در مرز مشترک اکسید و فلز، و انحلال اکسید در مرز مشترک اکسید و الکترولیت به وجود میآید.
اسلاید 11 :
نفوذ آنیونها
نفوذ آنیونها در ساختار لایهی اکسید آندی، به شدت وابسته به نوع لایهی اکسید تشکیل شده، است.
آنیونهای نفوذی در لایهی اکسید متخلخل بسیار بیشتر از آنیونهای نفوذی در لایهی اکسید سدی میباشد.
درصد مشارکت آنیونها در لایهی اکسید متخلخل
اسلاید 12 :
در حین تشکیل لایهی اکسید سدی در حالت پایا، رشد اکسید به طور همزمان هم در مرز اکسید و فلز و هم در مرز اکسید و الکترولیت رخ میدهد؛ که ناشی از مهاجرت یونهای Al 3+ و OH -/ O 2- در جهتهای مخالف یکدیگر، میباشد.
بخشی از یونها Al3+ مستقیماً به درون محلول الکترولیت رانده میشوند و در شکلگیری لایهی اکسید نقشی ندارند.
فیلم اکسید سدی که روی آلومینیوم تشکیل میشود، آمورف میباشد.
برای رشد لایهی آلومینای متخلخل، نفوذ آنیونها به درون لایهی اکسید، در ته حفرهها اتفاق میافتد؛ که نتیجهی مستقیم مهاجرت گونههای الکترولیت میباشد.
گونههای الکترولیت میتوانند بار مثبت یا منفی داشته باشند و یا خنثی باشند، در نتیجه میتوانند روی سطح اکسید غیرقابل حرکت باشند و یا با نرخ مشخصی، به درون و یا بیرون آن مهاجرت کنند.
این موضوع برای الکترولیتهای مختلف، متفاوت است.
نفوذ آنیونها
اسلاید 13 :
هرچه دیوارههای اکسید، به مدت طولانیتری در معرض نفوذ فعال اسید قرار بگیرند، میزان آنیونهای نفوذی به درون لایهی آلومینای متخلخل نیز بیشتر میشود.
نفوذ آنیونها
میزان قابل توجهی از آنیونهای نفوذی را میتوان در ته حفرهها یافت. به طوری که در طول لایهی سدی، یک بیشینهی موضعی به دست میآید و سپس یک کاهش تدریجی دیده میشود.
آنالیز آنیونهای نفوذی SO4 2- به درون لایهی سدی، حاکی از این است که مقدار ناچیزی در مرز دیوارهی سلول دیده میشود.
غلظت SO4 2- به آرامیافزایش یافته و به بیشینه میرسد و پس از آن، به آرامی، در مرز دیوارهی سلول کاهش پیدا میکند.
نمودار توزیع غلظت SO4 2- در آلومینای متخلخل تشکیل شده در اسید سولفوریک
